Влияние "внутренней" и "внешней" активации на свойства неавтоклавного пенобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одесская государственная академия строительства и архитектуры

Влияние «внутренней» и «внешней» активации на свойства неавтоклавного пенобетона

Мартынов В.И.

Елькин В.В.

Проведен анализ влияния «внутренней» (использование дисперсного наполнителя и химически активных добавок) и «внешней» (изменения вида и параметров механического воздействия) активации на свойства неавтоклавного пенобетона. Рассматривается влияние использования дисперсного наполнителя и химически активных добавок, как источников «внутренней» активации, а так же изменения вида и параметров механического воздействия («внешняя активация») на свойства неавтоклавного пенобетона. Экспериментальные работы выполнены с широким применением методов математического планирования эксперимента. Из множества добавок и влияния различных способов активации, оказывающих влияние на качество пенобетона, были выбраны факторы, в наибольшей степени, влияющие на структуру пенобетона и повышающие эффективность вяжущего вещества, ускоряющие и повышающие степень гидратации цемента.

На основании априорной информации были выбраны независимые факторы и назначены уровни их варьирования. Фактор Х1 - диаметр расплыва раствора по вискозиметру Суттарду. Известно, что прочность цементных композиций является функцией водоцементного отношения, которое отражает различные реологические характеристики (коэффициент нормальной густоты, диаметр расплыва раствора на встряхивающем столике, вязкость и пр.). В ячеистых бетонах в качестве основной реологической характеристики принята величина диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда;

Фактор Х2 - содержание пластифицирующей добавки. Использование пластифицирущей добавки обладающей поверхностно-активными свойствами, увеличивает подвижность, снижает водосодержание и за счет этого повышает механическую прочность и другие характеристики бетона;

Фактор Х3 - содержание активной минеральной добавки. Микрокремнезем играет роль не только роль микронаполнителя, но и проявляет себя как активная минеральная добавка повышающая активность вяжущего. При гидратации микрокремнезем активно вступает в реакцию с минералами цемента, образуя коагуляционно-кристаллизационную структуру и укрепляя межпоровые перегородки ячеистого бетона. Для первого фактора Х1 - интервал варьирвоания 280 ± 40 мм, для второго фактора Х2 - интервал варьирования 0,1 ± 0,1%. Для третьего фактора Х3 - интервал варьирвоания 5 ± 5%.

При обработке результатов экспериментов на ЭВМ использовалась расчетно-графическую система COMPEX, а для построения однофакторных зависимостей расчетно-графическая программа EXEL. Приведены результаты эксперимента, а именно: изменение диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда после активации раствора в скоростном смесителе и прочность пенобетона на 28-е сутки твердения.После реализации эксперимента были рассчитаны коэффициенты полиномиальных моделей исследуемых свойств, на основании которых построены однофакторные зависимости и изоповерхности свойств. Анализируются результаты применения «внутренней» и «внешней» активации исходных сырьевых материалов, а также растворной смеси, из которых наблюдается значительный рост прочности неавтоклавного пенобетона. Текст статьи изложен доступным языком и отвечает научно-методическим требованиям. Замечания не выявлено. Статья рекомендуется для опубликования.

Ключевые слова: внутренняя активация, внешняя активация, свойства неавтоклавного пенобетона.

Актуальность темы

В стройиндустрии в последнее время все чаще поднимается вопрос энергоэфективности. Поэтому в значительной степени начали широко применять конструкции и изделия из ячеистых бетонов, в том числе и из пенобетона [1, 2]. Неавтоклавный пенобетон является открытой системой. Он может подвергаться влиянию как внешних, так и внутренних факторов. Для контроля развития технологических трещин и внутренних поверхностей раздела можно вводить в состав цемента рациональные по виду, количеству и дисперсности наполнители. На основании работ [3, 4], следует, что использование наполнителей, можно отнести к внутренней активации, которая позволяет организовывать структуру с определенным набором структурных элементов. Кроме того, начальное изменение объема твердеющих цементных композиций зависит от вида, количества и дисперсности наполнителей (внутренний фактор).

На величину возникающих деформаций также влияет введения добавок, воздействующих на внутренние поверхности раздела и микроструктуру смеси. Добавки позволяют управлять свойствами смеси и способствовать получению ее оптимальной структуры [4].

Так же известно, что активация растворной смеси путем изменения параметров и видов механического воздействия, скорости приложенной энергии вызывает изменения характера развития начальных деформационных процессов (внешний фактор) [6, 7, 8, 9]. Изменение параметров внешнего силового воздействия приводит к изменению условий межэлементных взаимодействий, что изменяет начальную структуру системы и предопределяет дальнейшее ее развитие, связанное с комплексом физико-химических и физико-механических явлений и процессов [10].

Цель и задачи

В современной технологии пенобетона существует ряд неизученных вопросов. В частности недостаточно изучено влияние способов активации на изменение характера структуры и его свойств. В особенности это касается совместного воздействия различных видов и параметров активации. Поэтому основной задачей исследования являлось изучение внутренней и внешней активации на свойства неавтоклавного пенобетона.

Методика проведения исследований

В качестве вяжущего, при проведении эксперимента, был использован бездобавочный цемент ДО марки М500. В виде наполнителя использовался карбонатный песок. Соотношение между цементом и наполнителем было постоянным и составляло 70 и 30% соответственно. Пластифицирующей добавкой служил Sika® ViscoCrete®225. Экспериментальные работы проводили в два этапа. На первом этапе - подбирали состав вяжущего для пенобетона. дисперсный наполнитель неавтоклавный пенобетон

Для этого вначале приготавливали сухие компоненты, в соответствии с требуемым составом. Активация сухих компонентов смеси происходила в быстроходном активаторе непрерывного действия. Затем полученную смесь затворяли водой и активировали в скоростном трибоактиваторе, после чего ее укладывали в формы размерами 40х40х160 мм. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в камеру нормального твердения. Параметры среды - температура 20±2оС и влажность - 98%. На 28 сутки образцы испытывали, определяя прочность на растяжение при изгибе и при сжатии.

При приготовлении пенобетона необходимое количество воды, перемешивали с компонентами сухой смеси. Водопотребность смеси контролировали по показателю диаметра расплыва раствора по вискозиметру Суттарда. Полученную смесь активировали в трибоактиваторе и вновь определяли изменениие диаметра расплыва раствора. После этого в лабораторном пеногенераторе механического действия - диспергационным способом получали техническую пену, плотностью 65±5 кг/м3. Затем пену добавляли в растворную смесь, до получения пенобетонной смеси плотностью 780±10 кг/м3, что обеспечивает получение пенобетона марки D600. После приобретения разопалубочной прочности образцы извлекали из форм и помещали в камеру нормального твердения.

Контролируемые параметры: водопотребность растворной смеси по В/Т (водотвердое отношение), прочность на растяжение при изгибе и сжатии. При обработке результатов экспериментов на ЭВМ использовали расчетно-графическую систему COMPEX, а для построения однофакторных зависимостей расчетно-графическую программу EXEL.

Состав, способы активации и результаты определения свойств вяжущего приведены в таблице 1 и виде столбчатых диаграмм на рисунке 1.

Таблица 1. Состав, способы активации и свойства вяжущего.

На рисунке 1 приведены прочностные характеристики вяжущего в процентах по отношению к базовому составу. За базовый состав принят состав №1, состоящий из цемента и наполнителя. Как свидетельствуют данные диаграммы, все способы активации как «внутренней», так и «внешней» приводят к повышению прочности вяжущего. Наибольшая прочность достигнута в 8 составе, превышающую прочность базового состава более чем в два раза. Этот состав вяжущего и условия его получения были использованы на втором этапе исследований.

Рис. 1. Состав, способы активации и результаты определения свойств вяжущего.

На этом этапе был реализован трехфакторный эксперимент с применением математических методов планирования эксперимента. В качестве независимых переменных были выбраны: Х1 - диаметр расплыва раствора по вискозиметру Суттарда; Х2 - содержание пластифицирующей добавки; Х3 - содержание активной минеральной добавки. Матрица планирование эксперимента и результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2. Матрица планирования эксперимента и его результаты.

После реализации эксперимента были рассчитаны коэффициенты полиномиальных моделей исследуемых свойств, на основании которых построены однофакторные зависимости и изоповерхности свойств.

Рис. 2. Однофакторные зависимости прочности при сжатии неавтоклавного пенобетона на 28-е сутки.

На рисунке 2 изображены однофакторные зависимости прочности пенобетона от исследуемых факторов. Они свидетельствуют, что повышение диаметра расплыва раствора как в зоне минимальных, так и в зоне максимальных значений приводит к снижению прочности пенобетона. Так же линейно, но уже возрастает прочность при увеличении количества активной минеральной добавки, в качестве которой применялся активный кремнезем. Влияние количества пластифицирующей добавки описывается полиномом второго порядка с определенными оптимумами.

Общая картина влияния исследуемых факторов на прочность пенобетона наглядно проиллюстрирована на рецептурно-технологическом поле изоповерхностей прочности пенобетона (см. рис. 3).

Рис. 3. Изоповерхности прочности при сжатии пенобетона на 28-е сутки.

Также на рисунке приведены условия получения пенобетона с максимальной и минимальной прочностью.

Выводы

Результаты эксперимента свидетельствуют, применение «внутренней» и «внешней» активации исходных сырьевых материалов, а также растворной смеси позволяют в значительной мере повысить прочность неавтоклавного пенобетона.

Литература

1. Авакумов Е. Г. Механические методы активации химических процессов / Е. Г. Авакумов. - Новосибирск. 1980 г. - 297с.

2. Барабаш І. В. Механохімічна активація мінеральних в'яжучих речовин / І. В. Барабаш. - Одеса: «Астропринт». - 2002. - 99 с.

3. Баженов Ю. М. Технология бетона / Ю. М. Баженов. - М.: Высшая школа, 1978. - 454с.

4. Выровой В. Н. Бетон в условиях ударных воздействий / В. Н. Выровой, В. С. Дорофеев, С. Фиц. - Одесса: Внешрекламсервис, 2004. - 271с.

5. Дорофеев В. С. Технологическая поврежденность строительных материалов и конструкций / В. С. Дорофеев, В. Н. Выровой. - Одесса: Мiсто майстрiв, 1998. - 168с.

6. Молчанов В. И. Активация минералов при измельчении / В. И. Молчанов, О. Г. Селезнева, Е. Н. Жирнов. - М.: Недра, 1988. - 208с.

7. Мясников В. Н. Ячеистый бетон XXI века / В. Н. Мясников // Журнал «Промышленное и гражданское строительство». - «Издательство ПГС» -2001. - № 1. - С. 34.

8. Ружинский C. Все о пенобетоне» издание второе улучшенное и дополненное / C. Ружинский, А. Портик, А. Савиных // ООО «Строй-бетон», Санкт-Петербург 2006. - 525с.

9. Ходаков Г. С. Физика измельчения / Г. С. Ходаков. - 1985. - 307 с.

10. Чернышев Е. М. Эффективность применения ячеистого бетона в жилищном строительстве / Чернышев Е. М., Акулова И. И., Кухтин Ю. А. // Журнал «Промышленное и гражданское строительство». - «Издательство ПГС». - 2002. - № 42. - C. 28.

Размещено на Allbest.ru